罗茨真空泵配置前级泵优化设计方法

    普遍的，在罗茨真空泵配置前级泵的选型设计中，通常采用经验压缩比的概念来选择前级泵，然而，在优化的选型设计中，压缩比仅是由压差逆推得出的一个结果，并不具备普适性。

    在本公众号早期发布的《罗茨真空泵配置不同前级泵的性能影响》一文中，对水环真空泵配置罗茨泵的初级设计以及在不同配置下对罗茨真空泵性能的影响进行了浅显介绍，举例说明了从罗茨真空泵到前级泵的抽气速率匹配必须遵循质量守恒的特性。

但对于罗茨真空泵来说，抽气质量守恒仅仅是其必须的条件之一，鉴于其广泛的应用工艺真空范围以及产品设计特性，最优化的发挥罗茨真空泵产品本身的设计能力则能为用户带来更大的经济价值。

    在这个基础上，仅从罗茨真空泵来看待时，能量守恒是必须遵循的另一个特性，一台罗茨真空泵从设计初期开始对于技术指标的定义以及用途的指向就决定了它最大允许的可靠性能条件，如思科瑞对于全新设计的最新一代先进罗茨真空泵将部分指标定义为：最大耐压差能力提高约20%，连续运转1.6万小时其可靠性仍能大于97%，经济型的配置相对于同等抽速的传统的罗茨真空泵来说，能够在真空系统上体现出快约10%的时间收益，同速型配置可以体现出快约20%的时间收益，智能化配置则在同速型配置基础上增加了自适应能力调节——在相关的一些专业论文研究中已经体现出同速型配置的时间收益，在此不再详述。

    设计指标的定义并非是凭空定出数据，而是在基础研究数据范围内可实现的性能特征，经过实测后绘制的数据曲线则给出了具体的范围，对于罗茨真空泵而言，这个范围的最大能力值遵循能量守恒，即任何压差条件下，相对于同一种气相介质：pVγ=C（常数），和学术论文不同的是，这个常数C由罗茨真空泵的设计方给出，是在规范测试条件下的实测试值，而不是计算的结果，对于思科瑞设计的最新一代罗茨真空泵来说，我们将在说明书中给出该值，以及针对区域合作方共享压缩比和容积效率之间的关系数据——所有的一切都是基于能够经济的为用户创造更大价值而进行的。

专业学术研究成果和工程化设计研究之间有很大的不同，但工程化设计研究必须是建立在专业学术研究成果之上的——最基本的物理现象是工程化设计研究的基石，正如前述中提到的罗茨真空泵抽气必须遵循的质量守恒，对于能量守恒同样如此，在罗茨真空泵配置前级泵的优化设计过程中，罗茨真空泵的产品性能特征是主要因素，其产品设计的传热性能、设计精度和加工精度定义、材料物理特性、载荷设计等等决定了允许的最大温升和可靠性，在这个条件下，我们的测试结果给出了具体的数据定义，比如，假定几何抽速为1000m3/h的罗茨真空泵，在一台适合的前级泵下，其排气压力为2000Pa.a时，罗茨真空泵吸入口压力可以可靠的工作在235Pa.a，即压缩比配置在表面上看工作压力可以达到1:8，且此时的罗茨真空泵其容积效率仍能达到80%，假如在该条件下的工作能力为允许的满足可靠性寿命定义的最大值，则其在高于此压力范围时，常数C决定了允许的压差和压缩比，而不是靠所谓的经验来判定。

    同时，常数C也决定了启动压力设计，如举例中运行的工作压力为235Pa.a条件，在没有溢流阀的设计中，这就需要前级泵在遵循质量流量守恒的基础上满足第二个条件，即满足设定的启动压力下p1、压缩比k、罗茨真空泵几何抽速sth、容积效率η的积,即前级泵抽速s的第二个条件为s= p1·k·sth·η=p·v

    在启动压力条件下，充分体现了溢流阀的价值，但对于溢流阀，内置的溢流阀存在更多的缺点，针对高真空领域的用户，我们提供了一个集成设计的外置组件来为用户实现更多的有益功能，其中就包括了依据压强和胡克定律精密设计的溢流功能和启动增速功能，相比较国内普遍的内置溢流功能的罗茨真空泵，这个精密设计则可以准确的按照常数C测试值的定义实现短期过载，从而进一步提升这个启动过程，当然，这也由所匹配的高性能电机所允许的过载数据所限制。

    对于一台先进、高可靠的罗茨真空泵机组系统设计而言，主泵和前级泵的设计性能是根本，而两者之间的匹配设计则是能否发挥最大性能的关键。

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